Znanstvena zadrega

Raziskovalna skupina z Univerze v Kaliforniji je v reviji Scientific Reports objavila študijo o ekološko bolj sprejemljivem načinu izdelave učinkovitejših litij-ionskih baterij. Uporabili so silicijeve nanodelce, ki so jih izdelali kar iz odpadnih steklenic s pomočjo navadne soli.

Običajno litij-ionsko baterijsko celico sestavljata dve elektrodi - to sta litijeva katoda, na kateri se nahaja litij-kobaltov oksid, in ogljikova anoda, ki jo gradijo plasti grafita. Med njima pa se nahaja raztopina elektrolita oziroma litijevih soli v organskem topilu.

Elektroni tečejo od anode, kjer poteka oksidacija ogljika, proti katodi, kjer se reducira litijev oksid. Kemijsko ta pojav imenujemo redoks reakcija. Potovanje elektronov po raztopini predstavlja električni tok oziroma električno energijo, ki jo izkoriščamo za delovanje različnih naprav, od pametnih telefonov do električnih avtomobilov.

Namesto običajnega grafita so v študiji na anodo nanesli silicijeve nanodelce, ki so jih na ekonomsko in ekološko bolj sprejemljiv način pridobili iz odpadnih steklenic. Proces pridobivanja nanodelcev je obsegal mletje stekla in spiranje primesi. Dodatek natrijevega klorida oziroma navadne jedilne soli pa se je tekom termičnega postopka, v katerem so nastajali silicijevi nanodelci, izkazal kot učinkovito varovalo pred termičnim razpadom nanodelcev. Postopek je tako dosegel skoraj 50-odstotni izkoristek, in to brez običajno potrebnega dodajanja strupenih reagentov in topil.

Silicijeve nanodelce so še dodatno prevlekli s plastjo ogljika, kar je omogočilo še boljši prenos naboja. Študija je pokazala, da je takšna anoda imela veliko večjo kapaciteto kot navadna grafitna anoda. Ustvarjena baterija je namreč tudi po petdesetih ciklih še vedno obdržala specifično kapaciteto 1800 mAh/g Za primerjavo: kapaciteta navadne litij-ionske baterije ne doseže dosti več kot 350 mAh/g. S kapaciteto označujemo količino naboja oziroma električne energije, ki jo lahko odda baterija.

Skupina znanstvenikov in znanstvenic iz Royal Society of Chemistry pa je že pred časom poročala o novi litij-natrijevi bateriji, ki je sestavljena samo iz trdnih elementov in je brez raztopine elektrolita. Katodo je predstavljala molekula žvepla, anodo pa steklo, ki ga sestavljata omenjena elementa, natrij in litij. Baterijska celica je bila nared za uporabo šele po desetih dneh, ko so se na površini stekla formirali električni dipoli, ki so na nek način nadomestili raztopino elektrolita. Baterija je poceni, lahko se polni in ima dolgo življenjsko dobo. Avtorji študije trdijo, da se kapaciteta takšne baterije ohranja tekom velikega števila ciklov in da dosega do desetkrat večje vrednosti kot pri navadnih baterijah. To je več kot dobrodošla novost v razvoju energijsko bolj učinkovitih električnih avtomobilov.

Študija pa je kontroverzna, ker kratkomalo krši vse zakone termodinamike. Kako lahko redoks reakcija poteče, če med katodo in anodo ni razlike v električnem naboju? Kaj se oksidira in kaj reducira? Strokovnjaki ugibajo, da bi reakcijo lahko zakrivil kisik, ki je našel pot v zaprto baterijsko celico. Vseeno pa to ne opravičuje tolikšnega izboljšanja kapacitete baterije. Eden izmed vodilnih avtorjev, John B. Goodenough, »oče običajne litij-ionske baterije«, razlaga, da nenavaden pojav sproži električni potencial anode, ki je večji od potujoče tanke plasti litijevih ionov. Kratko pojasnilo pa ni zadovoljilo ne širše znanstvene skupnosti ne Znanstvene redakcije Radia Študent.

Skupaj z drugimi znanstveniki v temi tava Andrea.